研究背景和目的:大量的研究结果显示衰老对老年人侧向平衡能力的影响更为显著,由此导致的侧向跌倒是老年人髋部骨折发生的主要原因。深入探讨其相关机制是解决如何改善老年人侧向姿势控制能力下降的关键。规律性的体育活动是提高老年人姿势控制水平的有效手段之一。然而针对改善侧向姿势控制的有效锻炼手段尚属研究空白。太极拳是我国传统的健身项目,从其动作的特点可能对老年人侧向平衡控制能力有着积极的影响,但目前尚缺乏科学的实验证据。本研究利用肌电、运动学及动力学的技术和参数,比较老年人和年轻人在动态侧向干扰下姿势反应的变化及规律,从而深入分析老年人侧向姿势控制能力下降的机制。同时我们还将观察规律性太极拳锻炼对老年人侧向姿势控制能力的影响,首次有针对性地探索改善老年人侧向姿势控制的有效锻炼手段。研究方法:本研究采用横向比较的研究设计,57名男性健康受试者依据年龄和锻炼史的不同分为年轻组(YA,n=15),老人无规律锻炼组(S,n=14),老人规律锻炼3年以上慢跑组(J,n=14)和老人规律锻炼3年以上太极拳组(TC,n=14),对其分别进行静态站立时和侧向足底水平触发干扰下的姿势控制能力测试。静态站立下的姿势控制能力测试:受试者分别以睁眼单脚(Single-Leg with Eyes Open,SLO)、闭眼前后脚(Tandem Stance with Eyes Closed,TSC)、睁眼前后脚(Tandem Stance with Eyes Open,TSO)站立于三维测力台上,测试指标为足底压力中心(Center of Pressure, COP)的进阶处理指标:平均速度、位移RMS(root mean square,RMS)、面积,侧向(Medial-Lateral,ML)和前后向(Anterior-Posterior, AP)转移范围、振幅RMS和移动速度RMS。足底侧向水平干扰下的姿势控制测试:受试者放松站立于触发平台上,随机接受左右侧向水平干扰。运用运动学、动力学和肌电图学参数同步进行分析:Noraxon表面肌电测试系统收集受试者左下肢、躯干和肩部肌肉对于突发干扰的肌电反应信号,计算神经肌肉反应时、肌电振幅达峰值的时间和肌电平均振幅贡献率;JVC 9800摄像机同步拍摄受试者的姿势变化,采用APAS动作解析软件计算受试者躯干的倾斜角度和其加速度变化;运用Kistler三维测力台记录受试者在侧向足底水平触发干扰时COP的变化,COP进阶指标同上。研究结果:1.老年人和年轻人比较:(1)老年人静态姿势控制能力出现明显的降低: SLO情况下老人对照组COP在侧向和前后向上的转移范围显著大于年轻组;TSC测试时除总平均速度外,老人对照组其他的COP测试指标均明显大于年轻组;TSO测试时年轻组在COP的侧向转移范围和总移动面积明显小于老人对照组。此外,组内TSC与TSO测试相比较,年轻组去除视觉因素后对COP侧向参数影响更为明显。而老年人去除视觉因素后几乎所有COP参数均显著增加,提示老年人更为倚重视觉信息以维持姿势稳定。(2)对于足底侧向水平触发干扰,老年人腓骨长肌、胫骨前肌、腓肠肌、臀中肌、半腱肌、竖脊肌和三角肌神经肌肉反应明显慢于年轻人。老年人腓骨长肌、胫骨前肌、腓肠肌、股直肌、臀中肌肌电振幅达峰值时间明显延长。比较同组受试者在不同干扰方向下同块肌肉肌电平均振幅贡献率的差异,分析姿势控制不同阶段参与调控的主要身体环节。年轻组迅速、协调地动员了踝、髋和躯干等多个身体环节参与姿势调控。老年对照组姿势反射阶段没有明显的关节活动应对侧向干扰;第2阶段小腿屈肌对姿势调整的作用明显;第3阶段,姿势稳定主要是躯干的调整和部分踝关节的活动。对于不同方向的侧向干扰,老年组的最大躯干倾斜角度同年轻组相比未有显著性的差异,但其躯干角度变化加速度的标准差明显地大于年轻人,提示老年人表现出更差的动态姿势稳定性。侧向水平干扰下老年人COP的侧向转移范围、侧向振幅RMS及前后向转移范围显著大于年轻人,但其前后向振幅RMS和前后向移动速度RMS却明显降低。2.老年对照组、老年太极组、老年慢跑组的比较:(1)SLO测试时,老人对照组的姿势控制能力明显差于两个锻炼组,两个锻炼组之间没有显著性差异。TSO测试条件下,老人太极拳组的静态平衡能力明显好于对照组,而慢跑锻炼对于姿势稳定性的效果并不明显。在挑战性最大的TSC测试时太极组COP的多项指标不仅优于对照组,而且还明显好于慢跑组。(2)对于足底侧向水平触发干扰,左向干扰下,太极拳组的胫骨前肌、髋关节外展肌肉及躯干肌的神经肌肉反应时明显快于老人对照组,并且其躯干肌神经肌肉反应还明显快于老人慢跑组;慢跑锻炼对于神经肌肉反应时的积极影响表现在胫骨前肌和半腱肌。右向干扰情况下,规律性太极拳锻炼同样使得踝关节和躯干肌更快地参与了姿势调控。这一变化不仅优于无锻炼者,而且还明显快于规律性慢跑锻炼的老人。慢跑锻炼的效果体现于胫骨前肌和竖脊肌反应时间的缩短。太极组老人股直肌、半腱肌和竖脊肌肌电振幅达峰值时间明显短于无锻炼者,其腓骨长肌、半腱肌收缩效率还显著大于慢跑组。动态侧向干扰下三组老年人采取了不同的姿势控制策略,老人对照组臀中肌的参与作用明显,老人慢跑组胫骨前肌的贡献率较高,而老人太极拳组竖脊肌的参与度尤为突出。规律太极拳锻炼可以有效地减小平衡干扰所致的躯干的倾斜幅度,规律慢跑锻炼的影响效果不明显。反映动态姿势稳定性指标躯干加速度的标准差三组老人比较结果显示老人太极拳组动态姿势稳定性明显好于老人慢跑组。老人对照组总平均速度和前后向振幅RMS明显地小于老人太极拳组;老人对照组总平均速度、侧向移动速度RMS和前后向移动速度RMS还明显地小于老人慢跑组;老人慢跑组侧向移动速度RMS明显大于老人太极组,但前后向振幅RMS却小于老人太极组。研究结论:1.同年轻人相比,老年人静态姿势控制能力出现明显地下降,特别是姿势控制难度增加时,侧向稳定性变化更为敏感。在突发足底水平侧向干扰时,老年人依然表现出更差的动态姿势稳定性。2.动态侧向干扰下老年人姿势控制能力下降的主要原因有:(1)老年人下肢、髋部和躯干的相应肌肉不仅反应时间出现延迟,而且收缩效率出现下降,使其姿势调节能力明显削弱。(2)应对突发干扰时,老年人的关节调节活动不仅出现晚,而且过度地依赖于单一环节,表现出缓慢、僵化的姿势调整策略。(3)老年人接受侧向干扰时其躯干扭转角度可能减小,不利于姿势稳定的维持。3.规律体育锻炼可以改善老年人静态、动态姿势控制能力。但不同的锻炼方式其锻炼效果不尽相同,太极拳锻炼在此方面的作用尤为突出。4.太极拳锻炼改善老年人侧向姿势控制能力下降的机制可能包括:规律太极拳锻炼提高了相应肌肉的神经肌肉反应和肌肉收缩效率,其中对于躯干肌的效果尤其明显。规律太极锻炼的老人对于突发侧向干扰的姿势调控策略更接近于年轻人。规律太极锻炼的老人可能主要依靠提高身体姿势变化速率来维持动态侧向平衡,但姿势控制模式的效率并不高。